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自支撑超薄膜与基底之间界面吸附能的定量测量和机理研究

批准号:
12072111
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
侯丽珍
依托单位:
学科分类:
接触、摩擦与表界面力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
侯丽珍

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
自支撑超薄(SSUT)膜是制作微/纳机电系统和新型光电器件的主要功能部件。SSUT膜与基底之间的界面吸附,不但在其制备、转移、组装和应用中扮演着极其重要的角色,而且也为表面和界面问题的基础理论研究提供了一个理想的模型系统。然而,由于尚未建立起行之有效的实验方法,人们很难准确表征和理解这类特殊的界面吸附行为。本项目拟开展如下主要研究:①创建一种基于光学显微镜纳米操纵技术的悬拱桥测试法,能准确测定可控环境下各种SSUT膜与不同基底之间的界面吸附能;②建立起界面吸附能与各种潜在影响因素(薄膜的弯曲刚度、界面材质和粗糙度、环境温度和湿度等)之间的定量依赖关系;③结合实验测试、理论计算和模拟深入探究对应的吸附机理。本项目建立起来的普适测试方法和获得的实验和理论结果,将不仅为SSUT膜的制备、转移、组装和应用提供重要的理论和技术支持,而且有望为表面和界面科学的基础研究带来突破性的进展。
英文摘要
The interfacial adhesion energy between self-supporting ultrathin (SSUT) films and substrates plays a critical role on the fabrication, transfer, assembly, and application of SSUT films, and also provides an ideal model system for the fundamental research of surface and interfacial science. However, due to the significant difficulties in characterisation method and technology, an effective methodology for the accurate measurement of interfacial adhesion energy between SSUT films and substrates is still absent, and the understanding of the underlying physical mechanism remains largely unclear. The main aims of the proposal are: (1) to establish a new bridging test based on optical microscope nano-manipulation for accurately characterising the interfacial adhesion energy between SSUT films and substrates under controlled environments; (2) to establish the quantitatively dependences of interfacial energy on the experimental factors including the thickness and bending rigidity of ultrathin films, material combination and roughness of the interfaces, environmental temperature and atmosphere; (3) to explore the underlying physical mechanisms of the interfacial adhesion behaviour by combining experimental characterisation with theoretical calculations and simulations. The proposal is expected to able to effectively solve the issue of accurate measurement interfacial adhesion between SSUT films and substrates, and thus provides theoretical and technical supports for the fabrication and application of SSUT films, and furthermore brings breakthroughs in surface and interface science.
超薄膜和纳米线/带等低维纳米结构因其跨维度特性和工业化批量制备能力,在微纳机电、光电、传感、能源、生物医学等领域具有广泛的应用。近年来,石墨烯等二维材料的引入,为基础研究和应用创新提供了新平台。低维纳米结构与基底之间的界面吸附在其制备、转移和应用过程中发挥着至关重要的作用。然而,现有测量方法(如鼓膜法、机械剥离法、探针针尖拉脱法)在结合有限元和分子动力学模拟方面虽取得一定进展,但实验与理论挑战依然存在,阻碍了界面吸附行为的定量表征。. 本项目建立了光学显微镜纳米操纵技术,并基于此开发了悬拱桥和侧推测试法,精确测定超薄膜和纳米线/带等与基底之间的界面吸附和摩擦行为,为深入理解界面吸附机制提供了重要工具。本项目的研究内容与重要成果包括:(1)探索云母片、石墨片、二硫化钼超薄膜的可控制备方法,并制备SiC、Sb₂O₃、Al₂O₃、SnO₂、ZnO、ZnS等纳米线/带,系统表征其杨氏模量及电磁波吸收特性等关键物理参数;(2)建立和完善光学显微镜纳米操纵技术,实现对单个微纳米材料(包括超薄膜、纳米线/带、微米颗粒)的可视化操纵;(3)基于光学显微镜纳米操纵技术,开发侧推测试方法,表征ZnO、SiC等纳米线与基底间的摩擦行为,揭示其对基底粗糙度和湿度的依赖关系;(4)提出悬拱桥测试法,并用于研究云母片、ZnS纳米带等结构与Si基底的黏附行为,发现粘附能与基底粗糙度之间的复杂依赖关系,并建立静电与范德华力叠加的物理模型进行解释;(5)基于微纳阵列结构构建仿生抓持器,定量研究抓持力与等效杨氏模量、附加电压、预应力及基底粗糙度的关系,并验证其在玻璃片、塑料片和纸张等物体“抓持-释放”操控中的应用潜力。. 本项目建立的微纳操控技术、普适测试方法及实验与理论成果,不仅为微纳材料的制备、转移、组装和应用提供了关键技术支持,也加深了对微纳尺度表面和界面力学行为的理解。
碳包覆高熵合金纳米颗粒的可控合成、磁学和电磁吸收性能调控与机理研究
  • 批准号:
    2025JJ50021
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    侯丽珍
  • 依托单位:
纳米晶须与基底之间摩擦力的定量测量及其形成机理研究
  • 批准号:
    11502080
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    侯丽珍
  • 依托单位:
国内基金
海外基金